(57)【要約】  【課題】トルク特性は落とさずに、コギングだけを低減して低振動のステッピングモータを提供する。  【解決手段】径方向周面に所定ピッチでＮ極とＳ極が交互に着磁されている円筒状永久磁石を回転軸で支持してなる回転自在なロータと、該ロータの前記磁極のピッチに応じた所定のピッチを有して櫛歯状に配列された複数の極歯１５を交互に噛み合わせて組み合わされた１組の環状のステータヨーク４，５を２相に積み重ねてなるステータ２と、該ステータヨーク４，５の前記極歯１５を互いに異極に励磁する励磁コイルとからなり、前記各極歯１５に、該極歯１５の先端部側の磁力集中を分散させるように、先端部側から根元部側に向かって切り込みを設けた。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
径方向周面に所定ピッチでＮ極とＳ極が交互に着磁されている円筒状永久磁石を回転軸で支持してなる回転自在なロータと、該ロータの前記磁極のピッチに応じた所定のピッチを有して櫛歯状に配列された複数の極歯を交互に噛み合わせて組み合わされた環状ヨークからなるステータと、該環状ヨークの前記極歯を互いに異極に励磁する励磁コイルとからなり、前記各極歯に、該極歯の先端部側の磁力集中を分散させるように、先端部側から根元部側に向かって切り込みを設けたことを特徴とするステッピングモータ。
【請求項２】
上記ステータを、上記環状ヨークを複数積み重ねて形成してなる請求項１記載のステッピングモータ。
【請求項３】
上記切り込みを、スリット状に形成してなる請求項１記載のステッピングモータ。
【請求項４】
上記切り込みを、上記根元部側に進むに従い、次第に幅狭となるような台形形状に形成してなる請求項１記載のステッピングモータ。
【請求項５】
上記切り込みを、上記根元部側に進むに従い、次第に幅狭となるように三角形状に形成してなる請求項１記載のステッピングモータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はステッピングモータに関するものであり、特に、櫛歯状に配列された極歯を交互に噛み合わせて組み合わされた１組の環状ヨークを有するステータを備えたステッピングモータに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、永久磁石型ステッピングモータは、その制御性の良さから、各種のアクチュエータ部品として利用範囲は拡大の一途をたどっている。
【０００３】
永久磁石型ステッピングモータの多くは、２相の励磁コイルと、これら励磁コイルに対応して互いに積層配置されて、各相毎に櫛歯状に配列された極歯を交互に噛み合わせて組み合わされた２相の環状ヨークと、これら環状ヨークの中空部内に回転軸を介して回転自在に軸支され、かつ、環状ヨークの極歯に対応する磁極(Ｎ極，Ｓ極)を径方向周面に一定ピッチで交互に異極着磁してなる回転永久磁石(ロータ)とから構成されている。そして、各励磁コイルへの位相をずらしたパルス信号入力による、環状ヨークの極歯に形成される励磁極とロータの磁極との磁気吸引力または磁気反発力によって、ロータを一定の回転角だけ回転移動させるものである（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
また、近年では、永久磁石型ステッピングモータは、単なるアクチュエータ部品のみならず、各種の機器に使用されているが、各種機器の高性能化に伴い、高トルクで、低コギング、低振動の、高品質のステッピングモータが求められて来ている。
【特許文献１】特開平１０−９４２３６号公報。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、ステッピングモータにおいて、高トルク化と、低コギングで低振動という要求は相反するものであり、両者を満足させることは難しい状況にある。すなわち、この種のステッピングモータでは、１つの極歯全面が回転永久磁石の１極と対応するため、ディテントトルクが大きくなりやすく、静止角度誤差・振動特性・ダンピング特性も悪くなりやすい。したがって、ディテントトルクを小さくするために、永久磁石の表面磁束を落とすと、トルク特性も下がってしまうという問題があった。
【０００６】
そこで、トルク特性を落とさずに、コギングだけを低減して低振動のステッピングモータを提供するために解決すべき技術的課題が生じてくるのであり、本発明はこの課題を解決することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は上記目的を達成するために提案されたものであり、請求項１記載の発明は、径方向周面に所定ピッチでＮ極とＳ極が交互に着磁されている円筒状永久磁石を回転軸で支持してなる回転自在なロータと、該ロータの前記磁極のピッチに応じた所定のピッチを有して櫛歯状に配列された複数の極歯を交互に噛み合わせて組み合わされた環状ヨークからなるステータと、該環状ヨークの前記極歯を互いに異極に励磁する励磁コイルとからなり、前記各極歯に、該極歯の先端部側の磁力集中を分散させるように、先端部側から根元部側に向かって切り込みを設けたことを特徴とするステッピングモータを提供する。
【０００８】
この構成によれば、極歯の先端部に切り込みを入れると、先端部での磁界が分散されてディテントトルクが下がる。また、磁界は極歯の先端に集まりやすい性質を持つため、切
り込みによって極歯面積が減っても同等のトルク特性を得ることができる。したがって、極歯幅と永久磁石の表面磁束が従来と同じであっても、ディテントトルクは従来のステッピングモータよりも小さく、トルク特性は同等の大きさをしたステッピングモータが得られる。
【０００９】
請求項２記載の発明は、請求項１において、上記ステータを、上記環状ヨークを複数積み重ねて形成してなるステッピングモータを提供する。
【００１０】
この構成によれば、よりステップ段数の多いステッピングモータが得られる。
【００１１】
請求項３記載の発明は、請求項１において、上記切り込みを、スリット状に形成してなるステッピングモータを提供する。
【００１２】
この構成によれば、先端部からスリット状の切り込みを入れたステッピングモータが得られる。
【００１３】
請求項４記載の発明は、請求項１において、上記切り込みを、上記根元部側に進むに従い、次第に幅狭となるような台形形状に形成してなるステッピングモータを提供する。
【００１４】
この構成によれば、先端部から根元部側に進むに従って次第に幅狭となるような、台形形状に形成してなるスリット状の切り込みを入れたステッピングモータが得られる。
【００１５】
請求項５記載の発明は、請求項１において、上記切り込みを、上記根元部側に進むに従い、次第に幅狭となるように三角形状に形成してなるステッピングモータを提供する。
【００１６】
この構成によれば、先端部から根元部側に進むに従って次第に幅狭となるような、三角形状に形成してなるスリット状の切り込みを入れたステッピングモータが得られる。
【発明の効果】
【００１７】
請求項１記載の発明は、極歯幅と永久磁石の表面磁束が従来と同じであっても、ディテントトルクを小さくし、トルク特性を従来と同等の大きさにすることができるので、トルク特性は落とさずに、コギングだけを低減して低振動のステッピングモータを得ることができる。
【００１８】
請求項２記載の発明は、上記ステータを、上記環状ヨークを複数積み重ねることにより、請求項１の発明の効果に加えて、よりステップ段数の多い高機能のステッピングモータを提供できる。
【００１９】
請求項３記載の発明は、切り込みをスリット状のものにすることにより、切り込みを簡単に作ることができるので、請求項１の発明の効果に加えて、製造が簡単になる。
【００２０】
請求項４記載の発明は、切り込みを、先端部から根元部側に進むに従って次第に幅狭となる台形形状をしたスリット状のものにすることにより、切り込みを簡単に作ることができるので、請求項１の発明の効果に加えて、製造が簡単になる。
【００２１】
請求項５記載の発明は、切り込みを、先端部から根元部側に進むに従い、次第に幅狭となる三角形状をしたスリット状のものにすることにより、切り込みを簡単に作ることができるので、請求項１の発明の効果に加えて、製造が簡単になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下、本発明のステッピングモータについて、好適な実施例をあげて説明する。トルク特性を落とさずに、コギングだけを低減して低振動を図るという目的を達成するために、径方向周面に所定ピッチでＮ極とＳ極が交互に着磁されている円筒状永久磁石を回転軸で支持してなる回転自在なロータと、該ロータの前記磁極のピッチに応じた所定のピッチを有して櫛歯状に配列された複数の極歯を交互に噛み合わせて組み合わされた１組の環状ヨークを少なくとも２相に積み重ねてなるステータと、該環状ヨークの前記極歯を互いに異極に励磁する励磁コイルとからなり、前記各極歯に、該極歯の先端部側の磁力集中を分散させるように、先端部側から根元部側に向かって切り込みを設けたことにより実現した。
【実施例１】
【００２３】
図１は本発明に係る永久磁石型のステッピングモータの縦断面図を示す。図１に示すように、ステッピングモータ１は、主に２組のステータ２，２と１つのロータ３とで構成されている。
【００２４】
各ステータ２は、鋼板を立体的にプレス抜きしてなるもので、ドーナッツ状に打ち抜かれた本体部における内周の一部を略直角に折り曲げ、該折り曲げた内周部分に、図２に示すように複数の極歯１５を櫛状に設けた、１組の環状をしているステータヨーク４，５を有している。そして、ステータヨーク４，５の中の、一方側(ステータヨーク４)の歯極１５がもう一方側(ステータヨーク５)の極歯１５と等間隔に噛み合うようにして、ステータヨーク４とステータヨーク５とを互いに組み合わせ、その際、環状のボビン６にマグネットワイヤーを巻回して作られている励磁コイル７を、該１組のステータヨーク４，５との間に介装させ、励磁コイル７を内包したステータ２として形成されている。
【００２５】
このようにして作られた２組のステータ２，２は、互いに背中合わせに積み重ねられて、２相の環状ヨークとして一体化され、この上下面に、各々鋼板を打ち抜いて製作したフランジ８，９を溶接等の方法により固定している。また、各ステータヨーク４，５の各歯極１５には、図２及び図３に示すように、先端部側から根元部側に向かって、細長いスリット状の切り込み１６を設けている。なお、本例では、各極歯１５は、根元部から先端部側へ向かうに従って幅が狭くなる、台形形状で形成したものを示しているが、根元部から先端部まで同じ幅をした矩形形状で形成した極歯であってもよいものである。
【００２６】
一方、ロータ３は、樹脂製のホルダー１０が回転中心となる回転軸１１に圧入固定され、このホルダー１０の外周面には円筒状をした永久磁石１２が同軸的に固定されている。永久磁石１２の固定方法は、永久磁石１２をインサート成形する方法でもよいし、また永久磁石１２にホルダー１０を圧入する方法でもよい。なお、永久磁石１２の径方向周面には、図示しない着磁器を用いて、永久磁石１２の周方向にＮ極とＳ極とが交互に着磁されている。この着磁では、１極が、ステータヨーク４，５の１つの極歯１５の全面と対応する間隔をおいて設けられている。
【００２７】
このように構成されたロータ３は、永久磁石１２がステータ２の極歯１５と微少間隔離間した状態でステータ２，２内に配置され、かつ、回転軸１１を、フランジ８，９の中央部にそれぞれ固定されている軸受１３と軸受１４に回転自在に取り付けることにより、ステータ２に対して回転可能に配設されている。
【００２８】
このように構成されたステッピングモータ１は、ロータ３がステータ２に励磁される磁束との相互作用により回転するので、各ステータ２の励磁コイル７への位相をずらしたパルス信号の入力により、環状ヨーク(ステータヨーク４，５)の極歯１５に励磁極を作り、該励磁極とロータ３(永久磁石１２)の磁極との磁気吸引力または磁気反発力によって、ロータ３を一定の回転角だけ回転移動させる。これがパルス状の駆動電圧(パルス信号)が入る毎に順次繰り替えされ、ステッピング回転が行われる。
【００２９】
したがって、この実施例の構造によれば、ステータヨーク４とステータヨーク５の各極歯１５には、先端部側から根元部側に向かって細長いスリット状にして切り込み１６を設けているので、その切り込み１６によって極歯１５の先端部分における磁界が分散されるためにディテントトルクが下がる。また、磁界は極歯１５の先端部に集まりやすい性質を持つため、切り込みによって極歯面積が減っても同等のトルク特性を得ることができる。したがって、極歯１５の幅と永久磁石１２の表面磁束が従来と同じであったとしても、ディテントトルクは従来のステッピングモータより小さく、トルク特性は従来ステッピングモータと同等の大きさをしたステッピングモータになる。これにより、極歯１５の幅と永久磁石１２の表面磁束が従来と同じであっても、ディテントトルクは従来のステッピングモータよりも小さく、トルク特性は従来と同等の大きさをしたステッピングモータが、単に切り込みを入れるだけで、構造を大きく変えることなく簡単に得られることになる。
【００３０】
なお、本発明は、本発明の精神を逸脱しない限り種々の改変を為すことができ、そして、本発明が該改変されたものに及ぶことは当然である。
【００３１】
例えば、上記実施例の構造では、極歯１５に設けた切り込み１６は、先端部側から根元部側に向かって細長いスリット状に形成した構造を開示したが、例えば図５に示すように、根元部側に進むに従い、次第に幅狭となるような台形形状に形成してなる切り込み１７や、図６に示すように根元部側に進むに従い、次第に幅狭となるように三角形状に形成してなる切り込み１８を設けるようにしてもよいものである。また、２相型のステッピングモータの構造を開示したが、２相以外のものであっても同様にして適用できるものである。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本発明に係るステッピングモータの縦断面図。
【図２】同上ステッピングモータにおけるステータの構成を示す断面図。
【図３】同上ステータにおける極歯の拡大平面図。
【図４】同上極歯の変形例を示す平面図。
【図５】同上極歯の他の変形例を示す平面図。
【符号の説明】
【００３３】
１    ステッピングモータ
２    ステータ
３    ロータ
４    ステータヨーク
５    ステータヨーク
６    ボビン
７    励磁コイル
８    フランジ
９    フランジ
１０  ホルダー
１１  回転軸
１２  永久磁石
１３  軸受
１４  軸受
１５  極歯
１６  切り込み
１７  切り込み
１８  切り込み
【図１】
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【図２】
2007124851.tif 000004
【図３】
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【図４】
2007124851.tif 000006
【図５】
2007124851.tif 000007